Offre de Post-doctorat (12 mois)

Offre de Post-doctorat (12 mois)
Institut de Chimie Séparative de Marcoule / CEA Marcoule
(UMR 5257, CEA – CNRS – Université Montpellier 2 - ENSCM)
MODÉLISATION DES PHASES ORGANIQUES POUR L’EXTRACTION
À PARTIR D’UNE BASE MOLÉCULAIRE
Description
Ce post-doc se déroulera dans le groupe de Modélisation Mésoscopique et Chimie Théorique (LMCT) de l’Institut de Chimie Séparative
de Marcoule (ICSM), unité mixte de recherche CEA – CNRS – Université Montpellier 2 – ENSCM, en collaboration avec les équipes du Laboratoire Interactions Ligands Actinides (LILA) du Commissariat à
l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA) de Marcoule.
Ces deux laboratoires sont situés sur le site de recherche de Marcoule
(près d’Avignon).
La séparation des ions métalliques est une étape cruciale pour le recyclage des métaux, en particulier pour le traitement du combustible
nucléaire. Le CEA Marcoule est au centre des recherches menées dans
ce domaine, depuis les études fondamentales jusqu’à leur intégration
dans les procédés industriels. L’Institut de Chimie Séparative de Marcoule est un institut international de recherche dédié à l’étude et au
développement des nouveaux procédés de séparation pour l’énergie
durable.
Institut de Chimie Séparative de Marcoule
Contexte
Le recyclage des métaux se fait couramment par extraction liquide-liquide où les divers composés métalliques ioniques sont sélectivement transférés d'une phase aqueuse à une phase organique. La modélisation
de ce procédé est une tâche ardue en raison des divers phénomènes mis en jeu : complexation, solvatation,
interaction électrostatique, forces de polarisation, etc. En outre, ces interactions agissent sur des distances
assez variées.
En effet, des expériences et des simulations récentes
ont pu mettre en évidence la présence d’agrégats supramoléculaires, similaires à des micelles inverses,
dont la taille caractéristique de plusieurs nanomètres
laisse entrevoir un processus d’extraction complexe
puisqu’il repose sur la formation sélective de ces composés. Dans chaque agrégat, un cœur polaire est entouré d'une interface courbe plus ou moins étirée et
constituée de molécules extractantes.
La modélisation des processus rend donc nécessaire le
calcul de l’énergie libre de ces différents agrégats. Un
terme important sera ainsi l’énergie libre des chaines
carbonées, qui sélectionnent spontanément une certaine courbure et un certain étirement, mais dont l’inSnapshot issu de simulations de dynamique moléculaire représentant un agrégat supramoléculaire.
tensité et le rôle sont encore très mal connus.
Projet
Nous proposons de calculer l'énergie libre des chaines carbonnées dans les petits agrégats moléculaires en
présence de petits ions en phase organique, par une méthode de simulations de dynamique moléculaire.
L’objectif de ce projet consistera à proposer un agrégat modèle dont la taille de la partie polaire variera.
Par une méthode d’intégration thermodynamique, l’énergie libre sera calculée. Des simulations en solvant continu et en solvant discret seront envisagées. On en déduira ainsi la conformation la plus stable ainsi que le coût en énergie libre des déformations. Il sera ainsi possible de comparer ce calcul moléculaire
avec les théories plus macroscopiques basées sur des paramètres phénoménologiques d’empilement ou
sur des concepts de courbures gaussiennes comme dans le modèle de l’énergie libre de Helfrich. Le rôle de
la longueur des chaines et de leur taille sera ainsi étudié. Ce type de modélisation théorique existe dans la
littérature depuis une vingtaine d’années pour des détergents et des lipides, mais n'a jamais été utilisé
dans le cas de molécules extractantes. Les résultats sont à la base de la formule de détergents et du trans port membranaire. Dans notre cas, les résultats seront utilisés pour modéliser les transferts d'ions entre
phases.
Il sera ainsi possible de proposer une nouvelle expression du terme de chaine dans l’extraction. La prédiction du phénomène global pourra aussi être faite par une double approche :
✔ soit à partir d’une théorie mésoscopique où le résultat de ce travail sera exploité,
✔ soit à partir d’une modélisation moléculaire, en tenant compte explicitement de la partie polaire,
pour laquelle ce travail aura été une première étape indispensable.
Au delà des publications, les codes de calcul résultants documentés s'intégreront naturellement à la plateforme de simulation liquide – liquide en construction en évaluant les énergies de transfert entre phases à
l'échelle mésoscopique.
En pratique
Financement
Le post-doctorant sera salarié CEA, pour une durée de 12 mois (renouvelable), avec un salaire net mensuel d'environ 2100 € (ref. 2012).
Profil du candidat
Titulaire d’un doctorat de Chimie, Chimie Physique ou Physique
Contacts
Magali Duvail – Chercheur CEA ([email protected])
Institut de Chimie Séparative de Marcoule
UMR 5257 CEA / CNRS / Université Montpellier 2 / ENSCM
Laboratoire de Modélisation Mésoscopique et Chimie Théorique (LMCT)
Site de Marcoule – BP 17171
F-30207 Bagnols-sur-Cèze cedex
Tel : 04 66 79 57 21
Jean-François Dufrêche – Professeur UM2 ([email protected])
Institut de Chimie Séparative de Marcoule
UMR 5257 CEA / CNRS / Université Montpellier 2 / ENSCM
Laboratoire de Modélisation Mésoscopique et Chimie Théorique (LMCT)
Site de Marcoule – BP 17171
F-30207 Bagnols-sur-Cèze cedex
Tel : 04 66 33 92 06
LMCT on the web: http://www.icsm.fr/lmct.html
Collaboration
Philippe Guilbaud – Chercheur Ingénieur CEA ([email protected])
CEA Marcoule /Département de RadioChimie & Procédés (DRCP)
Laboratoire Interactions Ligands Actinides (LILA)
Site de Marcoule – BP 17171
F-30207 Bagnols-sur-Cèze cedex
CEA on the web: http://www.cea.fr/